碳素煅烧炉更新改造项目可行性研究报告.docx

1、碳素煅烧炉更新改造项目可行性研究报告中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目可行性研究报告附件：中国铝业股份有限公司发展部委托编制“中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目可行性研究报告”的委托书。附图：1、区域平面图 KY2007.37A-ZY-1 2、6#煅烧炉配置图（一） KY2007.37A-GY-13、6#煅烧炉配置图（二） KY2007.37A-GY-24、A-A、B-B立面配置图 KY2007.37A-GY-31. 总论1.1. 项目背景1.1.1 项目名称项目名称：中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目。1.1.2 编制依据1、中国铝业股份有限公司委托中国长

2、城铝业公司设计院编制本项目可行性研究报告的委托书。2、中国铝业河南分公司计划经营部转河南分公司碳素厂关于本项目的项目建议书。3、河南分公司碳素厂提供关于本项目的技术改造方案。1.1.3 编制原则1、深入调研分析现状，详细论证实施更新改造的必要性，提出改造方案，并进行方案比较和论证，推荐最优方案。2、严格控制投资，降低投资成本，提高投资回报率。3、严格按照技术经济评价规范进行经济分析，采用有无项目对比法。4、提出需拆除的资产及处理意见，以及安全、环保方面的投资情况。1.1.4 企业概况1、中国铝业河南分公司概况中国铝业股份有限公司河南分公司（以下简称河南分公司）位于中原腹地郑州市上街区。陇海铁路

3、贯穿东西，连霍高速公路紧邻而过，交通十分便利。公司前身是始建于1958年的郑州铝厂，1992年6月，经国务院批准，原郑州铝厂、中州铝厂、郑州轻金属研究院和郑铝矿山公司合并组建为中国长城铝业公司。2002年1月，根据中铝公司部署，中国长城铝业公司在上街地区的氧化铝、电解铝板块的优良资产，组成中国铝业河南分公司，作为中国铝业股份有限公司的骨干企业在纽约和香港上市。河南分公司集冶炼、发电、运输、建筑、机械制造、科研、设计于一体。主要产品有“雪山”牌砂状氧化铝、氢氧化铝、化学品氧化铝、铝锭及铝合金系列产品、碳阳极、金属镓及其深加工、机械制品等。公司“雪山牌”铝锭在伦敦金属交易所注册，产品畅销全国。碳阳

4、极远销到欧、亚、美、澳四大洲的18个国家和地区，在国际上享有较高声誉。经过近半个世纪的发展，河南分公司已经形成年产氧化铝230万t以上，铝锭5.8万t，碳阳极12万t，自发电3亿kWh规模。截至2006年底，河南分公司下属14个部室，14个生产单位，在职员工达到10023名。拥有各类专业人员4000余人（其中中高级人员1500人）。经过公司广大科技工作者的不断探索和改进，创造出了适合我国铝土矿资源特点、在世界上独树一帜的拜耳烧结混联法生产氧化铝新工艺，率先研发成功具有自主知识产权并达到国际领先水平的一水硬铝石管道化溶出、选矿拜耳法生产氧化铝新工艺、间接加热连续脱硅、高分子絮凝剂沉降分离、烧结法

5、生料浆自动配制、树脂法提取金属镓等新工艺、技术和装备；开发的常压脱硅、高效沉降槽等技术和装备在国内同行业推广应用；采用的降膜蒸发、气态悬浮焙烧等装备和技术达到世界先进水平；首创的电解铝预焙槽改造技术为国内自焙槽的升级换代提供了典范。2002年以来，河南分公司落实科学发展观，推进内涵挖潜和超常规发展相结合的可持续发展战略，资产总值和销售收入历史性地突破“双百亿”，氧化铝产量跃居亚洲第一。公司经济总量、氧化铝产量、利润总额、碳阳极创汇总额、镓系列产品产能连续多年居全国同行业第一，经济效益和纳税总额连续四年蝉联全国有色企业首位，名列河南纳税百强企业第二名（所得税总额名列第一位）、郑州市利税百强第一名

6、，形成了低投入、低消耗、低排放和高速度、高效益的节约型增长方式。河南分公司坚持科学发展，深化自主创新，五年内有64项科技成果通过省部级鉴定，7项达到国际领先水平，22项达到国际先进水平，56项成果获得市厅级以上科技进步奖。申请专利35项。92%的科技成果实现了产业化，科技项目回报率达30%以上，年创经济效益7200万元以上。集国际领先技术和先进装备于一体的河南分公司扩建70万t氧化铝项目于2006年3月份提前达产，全年产量达到72万t，被评为有色金属工业部级优质工程，创造了建设最快、达产最快、效益最好、质量一流等新记录。五年来，河南分公司走出了一条资源节约和自主创新相结合的科学发展道路，实现了

7、企业、社会和员工和谐发展，培育了在国内外具有较强竞争力和影响力的中部铝工业产业集群，增强了铝工业在中部崛起中的凝聚力和带动力，树立了国际上市公司的新形象。河南分公司被认证为高新技术企业，荣获全国自主创新十强企业、河南省工业创新特等奖等荣誉称号。2、河南分公司碳素厂概况中国铝业河南分公司碳素厂（以下简称碳素厂）是生产电解铝用碳素制品的专业厂。碳素厂筹建于1958年，固定资产2.3亿元，现有职工894人，其中教授级高级技术人员3人、高级技术人员15人、中级技术人员29人、中专以上文化程度264人，占员工总数的29.7%。近几年来，碳素厂经过多次的技术改造和科技攻关后，使原本六十年代为基础建设的技术

8、落后、效率低、质量差、生产成本高的设备与工艺有了很大改进和创新，产品质量有很大提高，且产量也有所增加。同时，强化管理，建立了完善的质量保证体系，1999年通过ISO9002:1994质量体系认证，2002年通过ISO9001:2000版质量管理体系认证，2004年通过健康安全环境管理体系认证。为适应国内外铝用碳素工业发展的需要，满足市场需求，1998年碳素厂进行了扩建10万t碳阳极的技术改造，包括：新建5#煅烧炉、新建3#生阳极生产线及新建4# 54室环式焙烧炉。1999年碳素厂开辟了俄罗斯、美国等国家的阳极市场，开拓了我国阳极出口途径。随着出口阳极市场的扩大，2002年6月碳素厂进行了扩产2

9、万t的技术改造，新建6#煅烧炉及配套设备改扩建。碳素厂现有生产能力12万t/a，产品主要是出口预焙阳极。生产流程中包括1#6#共6台罐式煅烧炉，3条阳极生坯生产线（自动配料、单体混捏锅、单工位振动成型），1#3#共3台焙烧炉。为满足外商对出口预焙阳极各项理化指标及外观的严格要求，特别是优质阳极质量稳定性的要求，碳素厂作了大量技术研究、管理创新、设备改造工作。20002005年连续六年碳阳极出口量占国内出口欧美市场量的80%以上，相继有多种规格的预焙碳阳极进入美国、澳大利亚、俄罗斯、印度、加拿大等国际市场，涉及美铝、法铝等国际知名公司，2006年产品出口量占总产量的84.65%。由于碳素厂碳阳极

10、质量及各项指标全面符合国际标准，完全满足使用方的要求，并建立了良好的市场信誉及客户关系，现已发展成为我国最大的碳阳极出口企业及全国有色金属行业碳素制品出口创汇基地。19992006年铝用预焙阳极出口情况见表1-1。 河南分公司铝用预焙阳极出口情况表 表1-1年 份19992000200120022003200420052006总产(t)6005882410100560108500110000800007116249385出口(t)1505311212279615341070000543844874341804出口量占总产量的%25.0613.6127.8149.2363.6467.9868.5

11、084.65通过几年的出口阳极生产实践及对外技术交流，碳素厂已积累了丰富的碳阳极生产经验，并研究和掌握了影响阳极质量的各种技术难题以及控制阳极质量的关键技术。如：出口阳极微量元素的控制技术、阳极空气渗透率的控制技术、阳极CO2反应性的生产控制技术、阳极空气反应性的生产控制技术等。目前，其碳阳极质量指标中的空气反应性、假比重、真比重、视密度、真密度、抗压强度、电阻率、微量元素等指标处于国际领先地位；CO2反应性、空气渗透率、热导率、热膨胀系数等指标达到国际先进水平。出口优质阳极的研制成功，为全面提高阳极质量水平，降低消耗提供了技术示范；同时为中铝公司在全世界相关铝行业起到了桥梁作用，树立了品牌形

12、象，并为中铝公司创造了显著的经济效益。 1.1.5 碳素厂6#煅烧炉存在问题及原因分析碳素厂6#煅烧炉为八层火道顺流式罐式煅烧炉，由东西两台组成，每台20个料罐，采用硅砖砌筑主体火道及料罐。该煅烧炉于2002年6月建成，10月10日点火烘炉，同年12月初烘炉结束，正式带料运行，到现在已运行近5年的时间。从2005年10月起发现6#煅烧炉料罐烧穿现象。正常情况下，6#煅烧炉在运行810年后，由于冷却水套部位的破损而停运大修，而主体火道及料罐不会出现料罐与火道烧穿现象。罐式煅烧炉的使用期限，多数是依据炉体的技术状况及操作维护决定的。国内罐式煅烧炉的使用期限一般为68年，有的使用寿命长达十几年。但是

13、，硅砖理化指标不合格，砌筑质量差，使用维护不当，寿命短的只有34年就将被迫停炉大修，使投资效益降低，成本增高。1、6#煅烧炉存在问题：从2005年10月起陆续发现6#煅烧炉料罐烧穿现象，到目前为止料罐及火道出现问题情况统计见表1-2。 6#煅烧炉现状统计表 表1-2罐号料罐现状火道现状排料情况备注1局部烧流或烧穿较暗在排2局部烧流或烧穿基本正常在排3局部烧流或烧穿下火严重在排4烧穿较暗在排5烧穿与料罐穿通停排6烧穿与料罐穿通停排7烧穿与料罐穿通停排8烧穿与料罐穿通停排9烧穿与料罐穿通停排10烧穿与料罐穿通停排11烧穿与料罐穿通停排12烧穿与料罐穿通停排13局部烧流或烧穿较暗在排14局部烧流或烧

14、穿基本正常在排15局部烧流或烧穿基本正常在排16局部烧流或烧穿较暗在排17烧穿与料罐穿通停排18烧穿与料罐穿通停排19烧穿与料罐穿通停排20烧穿与料罐穿通停排21正常基本正常在排22烧穿与料罐穿通在排23烧穿与料罐穿通在排24正常基本正常在排25烧穿与料罐穿通停排26烧穿与料罐穿通在排27烧穿与料罐穿通在排28烧穿与料罐穿通在排29烧穿与料罐穿通在排30烧穿与料罐穿通停排31烧穿与料罐穿通在排32烧穿与料罐穿通在排33正常基本正常在排34烧穿与料罐穿通在排35烧穿与料罐穿通在排36烧穿与料罐穿通在排37烧穿基本正常在排38局部烧流或烧穿与料罐穿通在排39烧穿与料罐穿通在排40烧穿基本正常在排从

15、表1-2中看出，已经确定煅烧炉的40罐40条火道中烧穿的料罐和火道达到30多条，且有的料罐（火道）不止一处的烧穿点。八层火道罐式煅烧炉结构比较复杂，从观火孔可以观察到的视野有限，所以可以肯定实际情况比观察到的更加严重。2006年8月技术人员对煅烧炉个别料罐排空观察，发现料罐内壁烧穿非常厉害，烧穿面积最大的地方达0.5m2，且整个料罐内壁斑驳。火道和料罐之间的硅砖墙被击穿，火道的负压制度被破坏，多条火道出现窜火、下火，烟道温度过高，煅烧炉后大墙被烧穿。因为火道烧穿严重，已经不能进行生产和排料的料罐累计已经达到14个；其它虽然烧穿但是仍在生产的料罐，其情况还在进一步恶化。令人担忧的是，如果烧穿的面

16、积过大，整个煅烧炉砌体的安全性将会受到严重的威胁。碳素厂于2005年10月对6#煅烧炉炉体采取保护性的生产措施，如降低最高温度，降低炉产量，减少清炉次数，加强炉体的巡视和密封工作等。碳素厂也曾尝试采用热补法对破损处进行修补，但由于硅砖呈现大面积粉化脱落，且漏洞大，无法实施。碳素厂聘请有关耐火材料专家进行诊断，经研究讨论也确认无法采取可行的补救办法。实际上，煅烧炉中心耐高温部分由硅砖砌筑，一旦出现烧穿，不停炉时在1300以上的高温情况下根本不可能修补。如果不从根本上消除材质的缺陷，采取的措施即便再好，也不能彻底解决问题。目前料罐烧穿现象仍在进一步加剧，只能勉强维持生产。2、原因分析在发现煅烧炉烧

17、穿的情况后，碳素厂针对出现的问题认真分析了原因，从耐火材料、炉子砌筑、烘炉、操作等各个环节进行了调查和研究。1）耐火材料硅砖部分的耐腐蚀性从理化指标上很难作出鉴定。当初6#煅烧炉砌筑时，采用的硅砖质量指标均合格，不应该出现如此大面积的烧损情况。从现场情况看，硅砖的烧穿是脱落性质，而非熔化性质。从西台6#料罐看，面积5m2范围内硅砖有不同程度的脱落，脱落深度最小有15mm，最大达200mm。碳素厂的1#6#共6台煅烧炉，炉体结构、操作方法基本都相同，除6#炉外，其他炉子的使用年限都已超过了8年，即使因长时间使用引起的烧穿也仅是个别料罐，像6#煅烧炉这样的情况还是第一次出现。碳素厂建厂至今对煅烧炉

18、十几台次的大修几乎都采用山东二耐砖（仅有一次采用洛耐砖），很少出现类似情况。一般，煅烧炉运行10年左右出现非火道主体的少量缺损，不影响炉子正常运行。而6#炉采用的是山东大桥耐火材料厂供货的硅砖，虽然硅砖指标合格，但从炉子运行仅4年多就出现料罐烧穿、火道堵塞现象来看，其实际使用效果很不理想。2）炉子砌筑、烘炉砌筑质量对煅烧炉的生产操作和炉体使用寿命有很大影响。6#煅烧炉由中国长城铝业公司建设公司施工，该公司具有很强的施工能力和丰富的筑炉经验。砌筑过程由建设单位、监理公司和碳素厂煅烧车间质量检查人员全程监督，并严格按照审查后的设计图纸和筑炉要求进行，应该说砌筑质量得到了有效控制。烘炉过程对煅烧炉的

19、正常运行及延长炉体使用寿命，同样起着关键作用。根据以往对煅烧炉大修及建设的经验，6#煅烧炉烘炉过程充分考虑了各种因素如硅砖线性膨胀率、水分含量等的影响，并严格按照制定的烘炉方案及砌体加热升温曲线进行，最大程度的减轻了对炉体的损害。3）工艺操作严格控制好煅烧温度是获得质量合格的煅后焦的关键，同时还减轻了硅砖承受的高温压力；合理的清理制度以及加排料制度，也有利于延长炉体寿命。6#煅烧炉建设时，要求硅砖的耐火度应不低于1690，荷重软化点应不低于1650，而其工艺操作温度，实际运行时首、二层火道控制在12501380，最高1400。从现在及过去其它炉室的运行情况看，即使长时间高温，也没有出现过硅砖大

20、面积粉化脱落的情况。而且六、七、八层火道处于煅烧炉低温区（温度控制在10001100），也同样有料罐烧穿现象出现。显然，正常运行的工艺条件、工艺温度不该导致此类事情发生。根据以上分析、判断，最大的可能性就是硅砖实际指标未达到质量要求，导致6#煅烧炉目前状况的原因是硅砖的质量太差。1.1.6 项目提出的理由及必要性6#炉的状况在继续恶化，尤其是七、八层火道耐火砖的粉化脱落情况发展下去，将存在可能导致炉整体塌陷的危险，同时煅烧炉出现的严重破损问题也必然影响煅后焦的质量和产量，因此基于以下几方面，提出6#煅烧炉更新改造项目。1、6#煅烧炉的停产将直接影响碳素厂碳阳极出口任务的完成。目前碳素厂阳极出口

21、订单达11万t以上，保证煅后焦产能是完成全年出口任务的先决条件。6#煅烧炉不能正常排料，给碳素厂生产组织带来较大困难，并且成为生产流程中新的瓶颈。6#煅烧炉40个料罐已有14个停排，等于只有26个在运转，再加上采取保护性生产措施被迫控制煅烧炉产量，每年将减少煅后焦产量1.2万t。如果不尽快对该炉进行更新改造，煅后焦的减产将制约碳阳极成品产量，影响碳素厂出口任务的完成，无法满足目前已签订的出口订单的要求。（1）碳素厂物料平衡计算按照碳素厂年产12万t碳阳极成品，进行物料平衡计算，见表1-3。 物料平衡计算表 表1-3序号工序加工物料配比成品率实收率加工前加工后1成品120000 2焙烧94%12

22、7660 120000 3压型90%141844 127660 4混捏99%143277 141844 5配料143277 生碎熟碎返回15%21492 煅后焦85%103517 沥青15%18268 6粉碎40%41407 7粘结剂制备18268 沥青溶化92%19856 沥青贮存99%20057 8中碎筛分细碎98%105630 103517 9煅烧75%140840 105630 10初碎99%142263 140840 （2）煅烧工序能力核算碳素厂现有5台（1#5#炉）24罐八层火道顺流式罐式煅烧炉，1台（6#炉）40罐八层火道顺流式罐式煅烧炉。按90kg/h罐，年工作日365天，日工

23、作三班，班工作8小时，设备运转率按95计算，则1）每台24罐煅烧炉年产量：0.09242436595=1.7975万t；2）6# 40罐煅烧炉年产量：0.09402436595%=2.9959万t。3）6台煅烧炉年产量合计：8.9875+2.9959=11.9834万t。4）5台24罐煅烧炉运行时，年产煅后焦：1.79755=8.9875万t。4台24罐煅烧炉与6#煅烧炉运行时，年产煅后焦：1.79754+2.9959=10.1859万t。从物料平衡表中可知，要确保碳素厂年产12万t预焙阳极，煅后焦年需求量为10.5630万t。显然，6#煅烧炉退出后，5台24罐煅烧炉运行，煅后焦年产量将减少2

24、.9959万吨，将出现10.5630-8.9875=1.5755万t的缺口。另外，煅烧炉寿命为810年，考虑其大修改造期为1年左右，实际生产中只有5台煅烧炉运行，即便6#煅烧炉仍能正常运行和排料，加上4台24罐煅烧炉的产量，也还缺10.5630-10.1859=0.3771t。因此任何一台煅烧炉非正常改造时停产，对碳素厂的产量完成造成很大影响。2、6#煅烧炉的破损将影响碳素厂出口碳阳极质量。（1）在煅烧炉生产过程中，温度控制是获得煅烧质量合格材料的关键，各层火道温度必须控制在一定范围内，而由于6#煅烧炉部分料罐停排或火道堵塞，直接影响煅烧炉火道温度；（2）煅烧炉采用负压操作，6#煅烧炉炉体漏风

25、严重，破坏了煅烧炉的负压控制系统。目前，6#煅烧炉料罐烧穿，工艺参数难以控制，煅烧料的温度达不到工艺要求，煅后焦质量经常出现波动，造成煅后焦真密度合格率降低，不能保证煅后焦质量合格。（3）外商对出口预焙阳极各项理化指标如阳极的抗氧化性、电阻率、微量元素等要求十分苛刻。煅后焦质量对阳极质量影响很大，因此保证煅后焦质量是生产合格阳极的前提。石油焦经煅烧后，须达到如下目的：a、排除原料中的挥发物；b、提高原料的密度和强度；c、提高原料的导电性能；d、驱除原料中的水份；e、提高原料的抗氧化性能。要达到上述质量要求，必须确保煅烧炉正常运行。3、煅烧炉稳定运行有利于碳素厂实现节能减排和清洁生产。罐式煅烧炉

26、采用无外加燃料的煅烧方式，其主要热源是石油焦本身的挥发份，在负压作用下引入火道燃烧对原料进行间接加热。由于煅烧炉原料在料罐内进行间接加热，因此烧损小、实收率高。但是，6#煅烧炉部分火道和料罐烧穿，炉体漏风严重，而且料罐内物料与火焰直接接触，不仅增加了物料的烧损，而且浪费了本可以利用的能源。煅烧炉排出的高温烟气温度达1000左右，每台炉每小时排出的高温烟气热量约为2.33107KJ。对高温烟气进行回收利用，对碳素厂节能减排具有重要意义。按回收后烟气的温度为300计，每台炉每小时排出的高温烟气可回收热量约为1.04107KJ，折标煤0.355t，年可节约标煤3110t。碳素厂1#5# 5台煅烧炉正

27、常运行，烟气余热均得到了有效利用，而且经测定该工艺最终产生的烟气清澈透明，基本不含有明显污染物，不用烟气净化，对碳素厂实现清洁生产十分有利。因此，鉴于上述理由，有必要、必须对6#煅烧炉进行更新改造。1.2. 项目概况1.2.1 拟建地点本项目为中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目，对6#东西两台罐式煅烧炉大修，仍在原位置进行。6#煅烧炉位于碳素厂东南位置。1.2.2 建设规模与目标1、建设规模为年产煅后石油焦2万t以上。2、建设目标：更新改造6#煅烧炉，稳定碳素厂煅后焦的产量，严格控制煅后焦的质量指标，确保碳阳极出口任务的完成。1.2.3 主要改造内容本项目主要对碳素厂现有6#煅烧炉

28、进行更新改造。主要改造内容：1、6#煅烧炉东、西两台煅烧炉炉体上部全部拆除，更换支撑底板；更换或加固部分立柱；更换首层部分看火孔及炉前后测压、测温孔的铁具；更换部分砂封；更换冷却水上水套，下水套进行维修；更换烟道闸板。2、恢复厂房内照明设施。 3、更换炉体上安装的全部热电偶、补偿导线、微差压变送器、负压管、电缆桥架等。1.2.4主要建设条件1、区域概况（1）地理位置中国铝业河南分公司碳素厂6#煅烧炉更新改造项目位于河南分公司厂内西部。河南分公司位于郑州市西部的上街区，东距郑州市区38km，西距洛阳市114km，南22 km有小关铝矿区，北傍黄河7 km。上街区周边均系荥阳市地域，其地理座标为东

29、经11320，北纬3450。（2）交通运输条件横贯我国东西的连霍高速公路(郑汴洛高速)和陇海铁路由上街区北部通过；310国道(郑洛公路)由东向西，于该区折向南。陇海线上街站位于工业区北侧，工业区铁路专用线由上街站西咽喉接轨，工业站位于上街站西南；小关铝矿铁路专用线在工业站西部咽喉接轨。河南分公司生产所需大宗原材料及产品均可通过陇海线及铁路专用线送达厂区和各地，便利的交通运输条件为河南分公司的生产和发展提供了有利条件。2、自然条件（1）地形、地貌场地地形较平坦，地势总体上东南高西北低，地面标高介于148.55151.60m之间。地貌单元属黄河中游右岸冲积平原。地层由人工填土、第四系上更新统冲积黄土状土、粉质粘土、圆砾及中更新统冲积粉质粘土等组成。（2）水文条件本区属黄河流域，区内地表水有黄河(工业区西北7km)，临近工业区有汜水河和河南分公司纳污河(枯河)。地下水稳定水位深11.3015.0m，标高134.8137.8m，属潜水类。（3）气象条件本区属大陆性季风气候区，夏季受海洋季风气候影响，炎热多雨；冬季受西伯利亚寒潮侵袭而寒冷干燥。全年降水分布极为不均，降